托卡马克腔高温辐射环境下内窥机械臂关键单元部件研究
发布时间：2020-10-27 07:08
托卡马克是利用磁约束实现受控核聚变的装置,腔体内部是环形真空室,通过大功率中性束注入加热和微波加热的方式使得腔内等离子体达到核聚变反应要求,同时通过外部缠绕的线圈通电在内部产生巨大的螺旋形磁场,可将等离子体约束在腔体中央反应,达到聚变可控的目的。而托卡马克腔内部第一臂砖块在反应中会经常受到高能粒子的撞击而被破坏,因此需要进行定期的检查和维护。由于托卡马克腔内部是特种环境,在间歇期间进行远程维护时,内部仍是高温、辐射残余环境,机械臂各部件都可能受到破坏,诸如电机线圈在高温下会烧毁、编码器等电子器件会被高能粒子穿透损坏等。在设计机械臂系统时,需要重点考虑对其关键单元部件的防护。一方面,针对强核辐射的因素,通过大量调研设计出高耐辐射的单轴关节运动模块,该模块包括驱动控制、视觉系统以及设备通讯等部分,并且分别从以上部分提出针对性的防辐射设计,为之后机械臂整机防辐射特性的增加提供指导。另一方面,针对高温问题,提出了热加固部件保护机械大臂,结合水冷防护保护小臂的方案。相较于研究广泛的氮气冷却方式,水冷系统冷却效率高的优点显而易见。在机械臂各关键部件布置温度测点,对机械臂内部环境进行实时监测,同时和外部水泵流量阀等协同工作,构成一个带温度反馈的闭环控制系统。不仅通过实验验证了100°C环境下机械臂整机能正常工作两小时,而且用ANSYS温度分布仿真表明水冷系统对更高温环境仍然有效。最后从全局能量系统角度分析说明了水冷系统进一步优化的方法。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TP241;TL631.24
【部分图文】：
第一章 绪论科技部 - 国际热核聚变实验堆（ITER）计划重大机械臂研究》。景的形势下，人类面临的主要问题包括人口问题、等，而这些问题的存在和恶化势必影响到人类的社会各界人士广泛关注。能源储量作为对可持续素之一，而现今发展趋势下人类对能源需求量远缺又会间接加剧环境问题、国际安全问题等等其后续的重大危机。因此在面对能源短缺问题方面探寻开发新能源的利用。
上海交通大学硕士学位论文 托卡马克遥操作系统研究现状托卡马克遥操作技术是实现以后核聚变反应堆设备维护的关键技术，世发达国家已经在这个领域研究了很长时间，并且研制了能应用于托卡马的样机，通过极端环境验证了他们的成果。本节将对其中几个具有代表作系统的机械结构、系统性能参数进行介绍。1 法国原子能总署 AIA 机械臂AIA（Articulated Inspection Arm）机械臂是法国原子能总署（Euratom-C下一代聚变反应容器 ITER 托卡马克腔内第一壁的监测和维护工作设计程遥控机械臂[7-9]。AIA 机械臂的主要设计参数为：可达 8m 的大操作范空耐受环境 10-6Pa，高温作业环境温度 120°C,高温静态存储环境为 200末端负载可达 10Kg。机械臂的结构如图 1-3 所示。
图 1- 4 JET 远程操作系统Fig.1-4 Remote handling system of JETJET 远程操作系统由一对串联连杆关节机械手组成，分别从相对 180°的两卡马克腔窗口进入环形腔。其中一个机械臂负责递送操作工具，另外一个则进行具体的操作动作。在 JET 装置建造的同时就开始了其远程操控相关的设发工作，并于上世纪 90 年代年左右完成了整个研制阶段并开始了相应的测试，在 1997 年用 JET 装置完成等离子体放电实验后，1998 年该操作系统首次全真空远程操控的维护任务。整个系统维护周期超过 15 周，但是装置故障总不超过 3 天。这对托卡马克远程操控维护技术的研究者来说意义非凡，是核领域研究发展历史上的一个重要标志。JET 遥操作系统具有 30 多年的开发经验，17 年的真空远程操控维护经验是目前最具代表性也相对成熟的能用于核聚变设备维护的系统。然而该系统针对等离子体实验间歇期间腔体内部的特殊环境进行考虑。并且国际上核聚研究人员已经发起建造一个 JET 六倍大的国际热核聚变反应堆，研究人员已始投入 ITER 二期的建设工作。
【参考文献】
本文编号：2858230
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TP241;TL631.24
【部分图文】：
第一章 绪论科技部 - 国际热核聚变实验堆（ITER）计划重大机械臂研究》。景的形势下，人类面临的主要问题包括人口问题、等，而这些问题的存在和恶化势必影响到人类的社会各界人士广泛关注。能源储量作为对可持续素之一，而现今发展趋势下人类对能源需求量远缺又会间接加剧环境问题、国际安全问题等等其后续的重大危机。因此在面对能源短缺问题方面探寻开发新能源的利用。
上海交通大学硕士学位论文 托卡马克遥操作系统研究现状托卡马克遥操作技术是实现以后核聚变反应堆设备维护的关键技术，世发达国家已经在这个领域研究了很长时间，并且研制了能应用于托卡马的样机，通过极端环境验证了他们的成果。本节将对其中几个具有代表作系统的机械结构、系统性能参数进行介绍。1 法国原子能总署 AIA 机械臂AIA（Articulated Inspection Arm）机械臂是法国原子能总署（Euratom-C下一代聚变反应容器 ITER 托卡马克腔内第一壁的监测和维护工作设计程遥控机械臂[7-9]。AIA 机械臂的主要设计参数为：可达 8m 的大操作范空耐受环境 10-6Pa，高温作业环境温度 120°C,高温静态存储环境为 200末端负载可达 10Kg。机械臂的结构如图 1-3 所示。
图 1- 4 JET 远程操作系统Fig.1-4 Remote handling system of JETJET 远程操作系统由一对串联连杆关节机械手组成，分别从相对 180°的两卡马克腔窗口进入环形腔。其中一个机械臂负责递送操作工具，另外一个则进行具体的操作动作。在 JET 装置建造的同时就开始了其远程操控相关的设发工作，并于上世纪 90 年代年左右完成了整个研制阶段并开始了相应的测试，在 1997 年用 JET 装置完成等离子体放电实验后，1998 年该操作系统首次全真空远程操控的维护任务。整个系统维护周期超过 15 周，但是装置故障总不超过 3 天。这对托卡马克远程操控维护技术的研究者来说意义非凡，是核领域研究发展历史上的一个重要标志。JET 遥操作系统具有 30 多年的开发经验，17 年的真空远程操控维护经验是目前最具代表性也相对成熟的能用于核聚变设备维护的系统。然而该系统针对等离子体实验间歇期间腔体内部的特殊环境进行考虑。并且国际上核聚研究人员已经发起建造一个 JET 六倍大的国际热核聚变反应堆，研究人员已始投入 ITER 二期的建设工作。
【参考文献】
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本文编号：2858230
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